本发明专利技术涉及粘结剂、包含所述粘结剂的电极和锂二次电池，其中所述粘结剂包含第一嵌段和第二嵌段，所述第一嵌段包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物，所述第二嵌段包含在主链中含有氧原子的聚合物，并且由此可以防止用于制备所述电极的浆料的集聚，从而防止在所述电极的表面上产生裂纹，并改善所述锂二次电池的寿命特性。
Binder, electrode and lithium secondary battery containing the binder
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】粘结剂以及包含所述粘结剂的电极和锂二次电池
本申请要求2017年10月16日提交的韩国专利申请号10-2017-0133771的权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。本专利技术涉及可用于锂二次电池的电极的粘结剂以及包含所述粘结剂的电极和锂二次电池。
技术介绍
随着二次电池的应用领域延伸到电动车辆(EV)和能量存储装置(ESS)，锂离子二次电池正由于其相对低的单位重量能量存储密度(约250Wh/kg)而面临局限性。在可以实现高能量密度的下一代二次电池技术中，与其它技术相比，锂硫二次电池由于其高商业潜力而导致了关注。锂硫二次电池是指使用硫作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的电池系统。在锂硫二次电池中，当电池放电时，正极中的硫通过接受电子而被还原，并且负极中的锂被氧化并因此被离子化。硫的还原反应为硫-硫(S-S)键接受两个电子并转化成硫阴离子形式的过程。在这种情况下，由氧化形成的锂离子通过电解质传输到正极而与离子化的硫形成盐。放电前的硫具有环状S8结构，其通过还原反应而转化成多硫化锂(LiSx)。多硫化锂(LiSx)被逐步还原并最终变成硫化锂(Li2S)。通过这样的电化学反应实现的理论能量密度为2500Wh/kg，这是锂离子电池的10倍。尽管这样的锂硫二次电池具有优点，但仍存在许多问题，诸如多硫化锂的溶解度高、寿命和输出特性低、硫导电性低以及由于使用锂金属而导致稳定性低。作为一例，由于多硫化锂(LiSx)易于溶解在电解液中，所以由于重复充电/放电导致的活性硫的损失以及由此导致的循环特性的劣化被视为锂硫二次电池中有待解决的最大问题。为了解决上述问题，已经提出了如下技术：使用多孔体制备电极且然后将硫浸渗在多孔体之间以抑制在电解质中的溶解的技术；将能够吸附多硫化物的物质引入电极中的技术；使用多硫化物的亲水特性的技术；等。例如，已经报道了通过在Li-S电池中应用聚丙烯酸(PAA)作为水基粘结剂改善充电/放电寿命特性。PAA的缺点是不仅由于玻璃化转变温度(Tg)为约106℃而具有刚性趋势，而且在丙烯酸之间还具有强的氢键，从而导致电极的柔性非常低。这些可能对电极的粘附力的劣化也具有一些影响。因此，为了改善电极的柔性和粘附力，可以一起使用聚环氧乙烷(PEO)。然而，存在的缺点是，严重地发生PAA与PEO之间的相分离，因此可加工性非常弱。有必要对具有优异的电化学性能、同时克服现有技术的问题并有效地防止多硫化锂(LiSx)浸出的锂硫二次电池进行持续的研究。[现有技术文献](专利文献1)日本专利公开2010-525124号“偏二氟乙烯共聚物”
技术实现思路
【技术问题】为了解决上述问题，本专利技术的专利技术人已经进行了各种研究。结果已经发现：当由聚丙烯酸(PAA)和聚环氧乙烷(PEO)制备无规共聚物形式而不是简单地将它们共混且然后作为粘结剂应用于电极时，不会发生粘结剂的相分离并且可以防止浆料集聚，从而减小电极的表面粗糙度和裂纹，并且改善电极的粘附力。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种适用于电极的粘结剂。本专利技术的另一目的在于提供一种包含本专利技术的粘结剂的电极。本专利技术的又一目的在于提供一种包含本专利技术的电极的锂二次电池。【技术方案】为了实现上述目的，本专利技术涉及一种包含无规共聚物的粘结剂，所述无规共聚物包含第一嵌段和第二嵌段，其中所述第一嵌段包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物。包含在第一嵌段中的、含有可被锂离子置换的官能团的聚合物可以为选自由聚丙烯酸(PAA)、聚(乙烯基磺酸)、聚(苯乙烯磺酸盐)和聚(乙烯基膦酸)构成的组中的至少一种。包含在第一嵌段中的、可被锂离子置换的官能团可以为选自由羧酸、磺酸和膦酸构成的组中的至少一种。第一嵌段可以为其中上述官能团被锂离子置换的聚合物。包含在第二嵌段中的、含有氧原子的聚合物可以为选自由聚环氧乙烷(PPO)、聚环氧丙烷(PPO)和聚全氟环氧丙烷(PPFPO)构成的组中的至少一种。所述粘结剂可以包含无规共聚物，所述无规共聚物包含聚丙烯酸(PAA)作为所述第一嵌段和聚环氧乙烷(PEO)作为所述第二嵌段。所述粘结剂可以具有5000至4000000的重均分子量。所述无规共聚物可以包含50重量％至90重量％的所述第一嵌段和10重量％至50重量％的所述第二嵌段。本专利技术还涉及一种电极，所述电极包含含有所述粘结剂、电极活性材料和导电材料的活性层。所述活性层可以包含0.1重量％至10重量％的所述粘结剂、30重量％至95重量％的电极活性材料和2重量％至60重量％的导电材料。本专利技术还涉及一种包含本专利技术的电极的锂二次电池。所述电极可以为正极。【有益效果】根据本专利技术的粘结剂，由于包含无规共聚物形式的PAA和PEO，所以与简单混合形式的粘结剂相比，无规共聚物形式的粘结剂可以在用于形成电极的活性层的浆料中均匀地分散，结果活性材料和导电材料在浆料中被充分润湿，因此即使用于浆料制备的水量少时，也可以获得具有良好流动性的浆料。也就是说，PAA和PEO形成无规共聚物、具体为其中AA(丙烯酸)嵌段和由PEO支化的嵌段被无规构造的共聚物，结果可以防止粘结剂发生相分离，从而增加用于形成电极活性层的浆料的固含量。另外，因为由于粘结剂的形态特性使浆料的固含量增加，因此可以减小电极的表面粗糙度和裂纹，由此可以改善电极的粘附力。由于如上所述的粘结剂的特性，当应用于锂二次电池、特别是锂硫电池时，可以改善电池的充电/放电特性和寿命特性。附图说明图1是分别在实施例1和2以及比较例1中制备的正极表面的光学显微镜照片。图2是显示分别使用实施例1和2以及比较例1的粘结剂制造的锂硫电池的充电/放电试验的结果的图。具体实施方式在下文中，为了促进对本专利技术的理解，将详细地描述本专利技术。本说明书和所附权利要求中所用的术语和词语不应当被解释为限于一般术语和字典中的术语，而应基于允许本专利技术人适当地定义术语的概念以进行最佳解释的原则基于符合本公开的技术构思的含义和概念来解释。粘结剂本专利技术涉及一种可用于制备电极的粘结剂，并且特别地涉及一种可应用于锂硫电池的正极以改善电池的充电/放电和寿命特性的粘结剂。本专利技术提供一种无规共聚物形式的粘结剂，所述无规共聚物包含第一嵌段和第二嵌段，其中所述第一嵌段可以包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物，并且所述第二嵌段可以包含含有氧原子的聚合物。具体地，所述无规共聚物形式的粘结剂可以为其中AA(丙烯酸)嵌段和由PEO支化的嵌段被无规构造的共聚物。在本专利技术中，第一嵌段可以允许锂离子经由其移动，从而改善电池的充电/放电性能，并且具体地可以包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物。在这种情况下，含有可被锂离子置换的官能团的聚合物可以包含选自由PAA(聚丙烯酸)、PVS(聚(乙烯基磺酸))、PSS(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种包含无规共聚物的粘结剂，所述无规共聚物包含第一嵌段和第二嵌段，其中所述第一嵌段包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171016 KR 10-2017-01337711.一种包含无规共聚物的粘结剂，所述无规共聚物包含第一嵌段和第二嵌段，其中所述第一嵌段包含含有可被锂离子置换的官能团的聚合物。
2.根据权利要求1所述的粘结剂，其中包含在所述第一嵌段中的、含有可被锂离子置换的官能团的所述聚合物为选自由PAA(聚丙烯酸)、PVS(聚(乙烯基磺酸))、PSS(聚(苯乙烯磺酸盐))和PVH(聚(乙烯基膦酸))构成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的粘结剂，其中包含在所述第一嵌段中的、可被锂离子置换的所述官能团为选自由羧酸、磺酸和膦酸构成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的粘结剂，其中所述第一嵌段为其中所述官能团被锂离子置换的聚合物。
5.根据权利要求1所述的粘结剂，其中包含在所述第二嵌段中的聚合物为含有氧原子的聚合物，并且为选自由PEO(聚环氧乙烷)、PPO(聚环氧丙烷)和PPFPO(...
【专利技术属性】
技术研发人员：金泽京，李株衡，金暻梧，梁斗景，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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